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文档简介
5.3TheFirstFundamentalTheoremof a,b],then bexistsanditsvariablewouldbedenotedast,suchas ft"x˛a,
subintervala,x, xthevalue
ft
correspondstothevalueofx
x=
ftisanewfunctiondefinedbyfona,bandnamedtheAccumulationfunctionofforUpper-limitfunctionoff.yf
yox1x fyox1xxx=x
ftx12=0tdt=2x12
˛TheoremAFirstFundamentalTheoremofLetlet
becontinuousontheclosedinterval[a,b]andbea(variable)pointin(a,b).Then axax
f(t)dt=f(x)Thatmeanstheaccumulationfunctionantiderivativeoff(x)
f
isExample
(1)y=xet2 y=1ln
,find
= =
=-ln=-
dx Solution:BytheFirstFundamentalTheoremofdxt3dt
Example
ddx
242t.nx
ucosuduSolution:NotethefactthatxisthelowerlimitandusetheFundamentalTheoremofd4tan
ucosudu=d-xtan2ucosudu
dx =-dxtan2ucosudu
ProofoftheFirstFundamentalTheoremofx
LetG(x)=
f(t)dtxG(x+h)-G(x)=
f(t)dt-
f
f(t)dt
f(t)dt-
f(t)dt
f Letf(1)= f(t),f(t2)= f t˛[x, t˛[1)h (1)h f(t)£G(x+h)-G(x)£f(t (1)2)=hfi Example
t u BytheFirstFundamentalTheoremofCalculus,notethattheupperlimitisx2 ratherthanx.uLetu=
,F(u)
t theChainrule,weF[u(x)]=(u)u=u3t =(3u-1)2x=2x(3x2-CorollaryoftheFundamentalTheoremofff˛C[a,b],gandharebothdifferentiablex,andg(x),h(x)˛[a,b]¢h(fg(x)g(x)h(x)(x). Letcbeafixedpointin
h(
f(t)dt= f(t)dt+h(
f(t)dt= f(t)dt-
fuLetF(u)=u
f(t)dt,andu=g(x),UsingtheChainruleandtheFirstFundamentalTheoremofCalculus,wegetcc
f(t)dt
Fg(x)=(u)g(x)(x)=[g(x)]g(x=cc
x)f
¢=f[h(x)]h(x).¢
g(x)fh(
g(xg(x)
h(x(x).ExampleLetf(x)=
tan2
(t2-1)dt.
(x)x (x)x)-t=(tan2x-1)sec2x-2x(x4-txExamplex
xfi
SolutionThisistheindeterminateform 00xUsingL’Hopital’sRule,wextxtx
xsin x x
xfi
xfi
xfi0+x=1limx
=11=1xx xfi xxSymmertyofdefiniteintgral f˛Ca,a,yOaxIffsanyOaxaa-a xdx=a0fIffxsanoddfunction, aa fx= 1p1
Example
xcosxdx (a)Becausexcosxisanoddfunctionon-p,pp 2
xcosxdx=
2(b)Becauseln2+xisanoddfunctionon1,1,2-x1
dx=(f(x)=ln2+x,f(-x)=ln2-x=-ln2+x=-f(x),2-x 2+x 2-xln2+xisanoddfunction.)2-x5.4TheSecondFundamentalTheoremofCalculusandtheMethodofSubstitutionTheoremASecondFundamentalTheoremof let
becontinuous(henceintegrable)on[a,b],andbeanyantiderivativeoff on[a,b].Thenb f(x)dx=F(b)-FbbThisformulab
f(x)dx=F(b)-Fa.aisalsocalledTheNewton-Labniz'sFormulaandisa.abexpressedasb
f(x)dx=F(x)b
orF(x) Recall5.3TheoremA(TheFirstTheoremofCalculus),weknowxF(x)= f(t)dtisanantiderivativeoff(x)i.eF(x)=fForanyF(x),antiderivativeoff(x),wehaveF(x)=Letx=a
F(x)-F(x)”F(x)=F(x)+F(a)=F(a)+andnotethatF(a)= C=-F F(x)=F(x)+C=F(x)-F(a),thatx f(t)dt=F(x)-F
letx=b,theproofisBecauseF(x)isanantiderivativeoff(x),i.e.F(x)=f cingf(x)withF(x),wecanrewritetheb(x)dxF(x)dx,badF(x)=F(b)-FbTheImportance N-L•Provideapowerfultoolforevaluating•MakethelinkbetweendifferentiationandExample
Show
bkdx=k(b- ,wherea
isSolution:F(x)=kxisanantiderivativeof f(x)=k.Thus,bytheSecondFundamentalTheoremofCalculus,bkdx=x
=kb-ka=k(b-Exampleandr„-1
bxrdx,a
risareal
F(x)
xrr
isanantiderivative
f
Thus,bytheSecondFundamentalTheoremofb xr+1 ar br+1-arb xdx= r r r rExample
Evaluate24x-6x2
24x-6x2dx=2x2-2x3 82 2 24x-6x2dx=42xdx-6x2dx2 x2 x3 1 =42 -63 --6 +
2
4318(431Example
1
x3+ .8x
+x43dx=3x43
+3x738 8=316+3128-31+3 =45+381=6519
1e2x
1 10 +x0111e2x
dx=1e2x+ln(1+0
1+x 0 =1e2+ln2-1+0
-12
EvaluatingDefiniteTheoremTheoremASubstitutionRuleforindefiniteLetfbeadifferentiablefunctionandsupposethatFisanantiderivativeoff.Then,ifu=g(x),g(x)g(x)dxg(x)+Proof.Itisenoughtoshowthatthederivativeoftherightmemberis theintegrandoftheleftmember.Butthatisasimpleapplicationof theChainRulecombinedwiththefactthatF¢=f g(x)g(x)g(x)g(x)
x x2x2+ 2.x2+x2+
,thendu
dx.x2+x2x2+x2+x2+
dx=sinudu=-cosu+x2+=-x2+4Example 4
x2+x. Step Letu=x2+x,thendu=2x
.{ 1422x1{ 142u
udu=2u32+C=2x2+x32+ 44 2x+1dx2344 =22032-0= p0Example sin3 0 Letu=sin ,thendu=2cos2xdx.sin32
(sin2x)32cos2x 14 14=1u3du14
+C= 2x+p
2 sin2xx Question:CanwecombinetheabovetwostepsintoYes!ThisiswhatthefollowingThmTheoremTheoremBSubstitutionRuleforDefiniteLetghaveacontinuousderivativeon,andletbecontinuousontherangeofba g(x)g(x)dx.fLetFisanantiderivative f,therightsideofg(ag(a
f(u)du=[F(u)]g(b)=F(g(b))-F(g(a)).AndbecauseF(g(x))isanantiderivativeof f(g(x))g(xsotheleftsideofequation f(g(x))g(x)d=[F(g(x))]a=F(g(b))-F(g(a)).x2+4Werecallthex2+4Example
2.1dxLetu=x2+x,thendu=2x1dx x=0«u=0,x=4«u=44
x2+(2xx2+(14243
udu
2u32 5=232-0=5 1Example 1
Letu=x2+2x+6,2x2dxx1dxnote
x=0«u= andx=1«u=9.
dx=
2x+1)20x2
+2x+6
2
x
+2x+191= 1du=- 26u2 6=-11-1=1 Example
p2 44 xx9 Letu=x,thenx=u2,dx x «u=,x «u p2 4 dx=2 2uduxup2 xu 2cos3p2sinpp
=2-g(x)g(x)dx示成f(u)du后再积分.这就要求解题者熟练掌握基本初等xex2
dx.222 22x
dx=ex eudu
u=12
u
+C=1ex2+2⑵ x2lnx+1)
=2lnx+1 2lnx 2lnx
1u
u=2ln=1ln2
u=2ln
2
2lnx+1+tanxdxcot
sinx
dx=-
u=cosx-1u=-⑵
+C=
cotxdx=cosxdx= sin sin=lnsinx+
utantanxdx=lnsecx+cotxdx=-lncscx+例求积分⑴
a⑵
aa2-a2-a2+
dx=a2x
xa1+ a
dx
a x a
a1+1+ a=1arctanx+C. 1a2+dx=1arctanx+aaa2-1-axaa2-1-axa1-x2a1-x2aa
1-u21-u2
=arcsinx+a dx=arcsinx+Ca2-a例求积分 dxa>
dx
x2
xx=
-
x+a=1
dx
dx dx=1 dx=1lnx-a+x2-
+C=1
例secxdx,cscsecxdx
cosxdx=
dsin
cos2
1-sin2
du=
+ du=1 1-1+1+sin1-sin
1+1+1-+1-sin2
1+u
+C= 21+sinx cosx2
secx+tanx+secxdx=lnsecx+tanx+⑵
dx
sinxdx=-
sin
sin2
1-cos2
=1 =12
u
2-cos-cos1-cos22=1
1-cosx sin
+C=
cscx-cotx+ cscxdx=lncscx-cotx+tanxdtanxdx=lnsecx+=-lncscx+1a2+dx=1arctanx+ a2-aaxa x2-secdx1=lnsecx+tanx+=lncscx-cotx+xx
x1+
xdxx
xx xx x+
1+(xxux
2arctanudu=2arctanud(arctanu
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